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Strahlenwirkung

1 Definition

Die Wirkung von Strahlung hängt von verschieden Faktoren ab und kann generell indirekt oder direkt erfolgen.

2 Arten von Strahlenwirkung

2.1 Direkte Strahlenwirkung

Die direkte Wirkung einer ionisierende Strahlung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabsorption im biologisch kritischen Zielmolekül selbst erfolgt. Die Energieabsorption und die Auslösung der biologischen Wirkung passiert somit innerhalb des gleichen Moleküls, entweder direkt an den Strukturen oder durch intramolekulare Weiterleitung. Es befolgt damit das sogenannte direkte Trefferprinzip.

2.2 Indirekte Strahlenwirkung

Bei der indirekten Wirkung entstehen durch die Strahlung diffuse Radikale, die durch Radikalkettenreaktionen zu einer sekundären Schädigung des Targets (z.B. DNA) führen. Energieabsorption und Auslösung der biologischen Wirkung erfolgen hierbei in verschiedenen Molekülen.

3 Beispiel: Radiolyse von Wasser

Wird Wasser Strahlung ausgesetzt, kommt es zu direkten und indirekten Strahlenwirkungen:

  • Direkte Ionisierung
    • Durch Energieabsorption wird in Wasser die Bildung eines Elektrons induziert und damit eines H2O+ Teilchens
    • Dieses H2O+ -Teilchen zerfällt zu einem Proton und einem wirksamen Hydroxid-Radikal (OH*) = Kationisierung
    • Hydroxid-Radikal wirkt fort und auf das relevante Molekül
  • Indirekte Ionisierung
    • Das gebildete Elektron aus der direkten Wirkungen wirkt auf ein anderes Wassermoleküle und wird aufgenommen
    • Es kommt zur Bildung eines negativ geladenen H2O- Teilchen = Anionisierung
    • Dieses zerfällt zu einem Hydroxid-Ion und einem Wasserstoffradikal (unmittelbare Folgereaktion).

4 Strahlenwirkung auf die DNA

Die DNA oder Desoxyribonukleinsäure ist das Erbmaterial unserer Zellen. Sie besteht aus einem Rückgrat aus Desoxyribose- und Phosphat- Molekülen, zur Mitte hin zeigen 4 verschiedene Basen (Adenin, Thymin, Guanin, Cytosin).

DNA.jpg

Bei der Einwirkung von energetischer Strahlung werden hochselektive Radikale gebildet, welche zu chemischen Veränderungen an der DNA führen.

  1. Einzelstrangbruch: Trennung der Phosphodiesterbindung zwischen Desoxyribose und Phosphat, einseitig
  2. Doppelstrangbruch: Trennung der Phosphodiesterbindung zwischen Desoxyribose und Phosphat, zweiseitig
  3. Basenschäden: Stickstoffhaltige Basen werden chemisch modifiziert, oxidiert, z.B. Dimerisierung von Pyrimidinbasen
  4. Gehäufte Läsionen: mehrere Schäden dicht beieinander ("Bulky lesion")
  5. DNA-Protein-Verbindungen: Wechselwirkung von Histonen mit DNA geht in eine kovalente Bindung über.

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